На ледяном Энцеладе трещины привели к выкипанию внутреннего океана

В 2006 году космический аппарат Кассини зафиксировал завесы гейзеров, вырывающиеся из трещин вблизи южного полюса спутника Сатурна Энцелада — иногда до 200 кг воды в секунду. Новое исследование показывает, как расширяющийся лед во время тысячелетних циклов охлаждения может расколоть ледяную оболочку спутника и выпустить его внутренний океан, давая возможное объяснение гейзеров.

Диаметр Энцелада составляет около 504 километров. Луна покрыта льдом толщиной 20-30 километров, а температура поверхности составляет около -201 по Цельсию (-330 по Фаренгейту), но десятилетние данные миссии НАСА Кассини-Гюйгенс предоставили доказательства существования глубокого океана внутри ледяной оболочки, убегающего в космос за счет непрерывного «криовулканизма». Как такой маленький холодный мир может поддерживать такую ??бурную геологическую активность, остается загадкой для ученых.

«Это привлекло внимание как ученых, так и широкой общественности», — сказал Макс Рудольф, доцент кафедры геофизики Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор нового исследования.

Ученые использовали основанную на физике модель, чтобы составить карту условий, которые могут позволить трещинам с поверхности достичь океана и вызвать извержения. Модель учитывает циклы потепления и похолодания, которые длятся в масштабе сотен миллионов лет и связаны с изменениями орбиты Энцелада вокруг Сатурна. В течение каждого цикла ледяная оболочка претерпевает периоды утончения и утолщения. По словам Рудольфа, утолщение происходит за счет замерзания основания ледяной оболочки, которая растет вниз, как лед на озере.

Давление, оказываемое расширяющимся вниз льдом на океан внизу, является одним из возможных механизмов, предложенных исследователями для объяснения гейзеров Энцелада. По мере того как внешняя ледяная оболочка остывает и утолщается, давление на океан под ней увеличивается, потому что лед имеет больший объем, чем вода. Растущее давление также создает напряжения во льду, которые могут стать путями для жидкости, достигающей поверхности на расстоянии 20-30 километров.

Новое исследование показало, что давления океана будет достаточно, чтобы на поверхности Энцелада образовались трещины в виде полос тигра. Но давление никогда не будет достаточно большим, чтобы выдавить воду на поверхность, если принять во внимание как давление океана, так и тепловое сжатие, обнаружили они, исключая это объяснение гейзеров.

«Предложенная модель может объяснить образование первоначальной трещины, которая могла привести к образованию множественных трещин (тигровых полос) на южном полюсе Энцелада», — сказал Мики Накадзима, доцент астрономии в Университете Рочестера.

По словам Рудольфа, механизм, впервые предложенный Накадзимой и Эндрю Ингерсоллом в исследовании 2016 года, может объяснить извержения. Эти исследователи предположили, что вода, попадающая в трещины, подвергается воздействию космоса (на Энцеладе нет атмосферы) и спонтанно закипает, когда попадает в вакуум.

Это согласуется с внешним видом поверхности Энцелада, на которой нет никаких признаков потоков криолавы, просачивающихся из трещин на поверхности.

Между тем, некоторые данные показывают, что на спутнике Юпитера Европе, еще одном ледяном мире размером с Луну Земли, также могут происходить подобные извержения, хотя об активности, происходящей там, известно меньше.

Этот механизм давления океана и спонтанного извержения не может объяснить криовулканизм, который может происходить на Европе. Необходимы дальнейшие исследования и наблюдения за этой луной, чтобы определить потенциальные причины извержений. Рудольф с нетерпением ждет миссии Europa Clipper, для которой НАСА собирает космический корабль, чтобы узнать больше о геологических процессах на Европе.